便攜式脈搏測試儀報(bào)告

1、便攜式脈搏測試儀摘要：本系統(tǒng)基于msp430單片機(jī)為核心，采用紅外光發(fā)射接收技術(shù)，從人體手指或耳垂處采樣獲取脈搏信息，用lcd12864液晶顯示人體每分鐘脈搏次數(shù)，系統(tǒng)主要包括光電傳感器取樣電路、放大整形和低通濾波電路、計(jì)數(shù)顯示電路、聲光報(bào)警電路。 關(guān)鍵詞：msp430單片機(jī) lcd12864液晶 光電傳感器 a/d 目 錄一、系統(tǒng)方案21.整體方案選擇22.控制電路選擇23.傳感器選擇24.濾波模塊選擇25.顯示模塊選擇36.信號調(diào)理電路3二、理論分析與計(jì)算31.光電發(fā)射接受參數(shù)分析與計(jì)算32.脈搏信號參數(shù)分析、信息采樣與處理參數(shù)分析與計(jì)算33波形顯示參數(shù)分析與計(jì)算3三.硬件電路41.信號采

2、集電路及原理42.低通濾波電路43.三級放大電路及比較器44.主控電路5四.測試結(jié)果與誤差分析61.測試儀器：62.用示波器檢測各個(gè)模塊的輸出波形63.用一個(gè)實(shí)用的醫(yī)療脈搏測量儀與本脈搏儀同比測量7五.總結(jié)7六.參考文獻(xiàn)7七.附錄一（圖片）8一、系統(tǒng)方案1.整體方案選擇系統(tǒng)由光電傳感器取樣電路、信號放大和低通濾波電路、計(jì)數(shù)顯示電路、聲音報(bào)警電路完成對人體脈搏頻率的測試。紅外二極管發(fā)射出來的紅外光照到人體手指透射后，紅外接收管將接收到的透射光信號轉(zhuǎn)化為微弱的電信號，經(jīng)op07三級放大，四階低通濾波將干擾信號濾除。由于經(jīng)放大濾波后的電信號并不是單片機(jī)所識別的波形，需要用比較器整形為方波，便于測試。

3、單片機(jī)只能采集到正的電壓值，因此還需要對交流信號進(jìn)行直流疊加使它成為正的電壓值。單片機(jī)在一分鐘內(nèi)采集到的高電平次數(shù)近似為人體脈搏跳動的次數(shù)，將此值通過液晶顯示出來即完成測試。信號調(diào)理電路聲音報(bào)警放大和低通慮波光電傳感器msp430波形顯示復(fù)位電路供電電路 圖1 系統(tǒng)整體框圖2.控制電路選擇方案一：采用atmel 公司的at89c51。51單片機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛，使用at89c51需外接兩路ad轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。方案二：采用ti公司的單片機(jī)msp430g2553。msp430g2553具有超低功耗，強(qiáng)大的處理能力，高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，開發(fā)環(huán)境方便高效。 選擇

4、方案二以單片機(jī)msp430g2553為核心，組成單片機(jī)最小系統(tǒng)。3.傳感器選擇方案一：采用光敏二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的pn結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，工作時(shí)加上反向電壓。無光照時(shí),有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí),飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。方案二：采用光敏三級管。電路輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（led），使之發(fā)出一定波長的光，被三極管的基極接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。方案比較：設(shè)計(jì)選用光敏二極管作為信號傳感器。

5、4.濾波模塊選擇方案一：傳統(tǒng)分立元件rc組成無源濾波器。通過模擬開關(guān)選擇不同的rc來控制不同的截頻率、品質(zhì)因數(shù)等特性參數(shù)，但是它存在帶內(nèi)不平坦、頻帶范圍窄且恒定、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。方案二：運(yùn)算放大器構(gòu)成有源濾波器。通過集成運(yùn)算放大器與不同的r、c組成濾波器，能夠過選擇不同的rc網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)截止頻率和品質(zhì)因數(shù)可變的高通、低通濾波器的設(shè)計(jì)。方案比較：與無源濾波器相比，有源濾波器優(yōu)勢明顯，因此選擇方案二。5.顯示模塊選擇方案一：采用lcd1602作為系統(tǒng)顯示器件，5v供電，操作簡單，但顯示的內(nèi)容較少，無法顯示曲線，不能達(dá)到題目要求。方案二：采用lcd12864液晶顯示，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力

6、強(qiáng)，調(diào)用方便簡單，而且可以節(jié)省了軟件中斷資源。其缺點(diǎn)在于顯示內(nèi)容需要存儲字模信息，需要一定存儲空間。由于作為控制器的單片機(jī)有足夠的存儲空間，存儲字模數(shù)據(jù)綽綽有余。方案比較：一方案不能滿足題目要求，方案二顯示內(nèi)容全面，因此選擇方案二。6.信號調(diào)理電路信號通過兩級放大后不能達(dá)到要求，要經(jīng)過三級放大，信號經(jīng)過三級放大四階低通濾波后，是一個(gè)類正弦波，要通過比較器后形成方波，才能被單片機(jī)計(jì)數(shù)。該系統(tǒng)所涉及的放大、濾波、比較、電平轉(zhuǎn)移要求的精度比較高，所以多使用ti公司提供的運(yùn)放。滿足低噪音、高增益，外圍電路簡單，性價(jià)比高，便于便攜的需求。二、理論分析與計(jì)算 1.光電發(fā)射接受參數(shù)分析與計(jì)算當(dāng)手指放在紅外線

7、發(fā)射二極管和紅外接收二極管中間，隨著心臟的跳動，血管中血液的流量將發(fā)生變換。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管中血液飽和程度的變化將引起光的強(qiáng)度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對應(yīng)，紅外接收二極管的電流也跟著改變，這就導(dǎo)至紅外接收二極管輸出脈沖信號。2.脈搏信號參數(shù)分析、信息采樣與處理參數(shù)分析與計(jì)算 將脈搏信號采集進(jìn)來后，因?yàn)樾盘栔邪橛懈鞣N噪聲干擾，進(jìn)行低通濾波，去除高頻信號，取中間合適的信號；再次用通向比例放大電路進(jìn)行信號放大并且低通濾波，其兩次信號放大倍數(shù)約為： 1000 倍 3波形顯示參數(shù)分析與計(jì)算 將脈搏信號處理后，導(dǎo)入msp430 launchpad 主控芯片，主控芯片將信號傳輸?shù)絣cd1

8、2864液晶屏，在液晶屏上顯示出脈搏上下界限值，測量用的時(shí)間，每分鐘的脈搏數(shù)。三.硬件電路1.信號采集電路及原理該模塊以op07運(yùn)放為核心。信號采集模塊用ir333和po333光敏傳感器，ir333作為發(fā)射端，波長為940nm，po333作為接收端。當(dāng)發(fā)射管的紅外信號經(jīng)透射被接收管接收后,接收管的電阻會發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來。圖1信號采集及第一級放大電路2.低通濾波電路由于人體的脈搏通常為50200次/分鐘，對應(yīng)的頻率范圍在0.83hz-3.33hz之間，因此經(jīng)紅外檢測采集到并轉(zhuǎn)換得到的電信號頻率就非常低且幅度很小。為了防止信號因外界高頻信號干擾而使檢測結(jié)果有誤，信號就

9、必須先進(jìn)行放大后低通濾波，以便濾出絕大部分的高頻干擾。而且脈搏儀所使用的地點(diǎn)不能保證是陰暗的室內(nèi)，所以要考慮到強(qiáng)光對其測量的干擾。 圖3 低通濾波電路3.后級放大及電平轉(zhuǎn)移電路因?yàn)楣怆姽芙邮盏男盘栔挥?.5mv左右，通過兩級放大仍不能達(dá)到要求，因此采用更多級放大。故加第三級放大，這樣就提高了測量的準(zhǔn)確性。信號經(jīng)過此級（1.2m/100k=12倍）放大后，共放大約12000倍。經(jīng)測試通過第三級放大后輸出電壓較大，故采用分壓電路調(diào)整幅度。由于單片機(jī)中a/d轉(zhuǎn)換僅能識別正電壓，故采用加法器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)移，使經(jīng)第三級放大以后的雙極性脈搏信號變?yōu)檎龢O性，以供a/d轉(zhuǎn)換器識別。最后，采用比較器使相應(yīng)的脈搏信

10、號方波化，以便單片機(jī)識別進(jìn)行記錄脈搏次數(shù)。 圖4 第三級放大電路及比較器 4.主控電路圖5 主控電路四.測試結(jié)果與誤差分析1.測試儀器： 示波器：ds5062ma 2.用示波器檢測各個(gè)模塊的輸出波形 圖5前級放大輸出波形 圖6 放大濾波后的波形 圖7 電平轉(zhuǎn)移后的波形3.用一個(gè)實(shí)用的醫(yī)療脈搏測量儀與本脈搏儀同比測量電子脈搏計(jì)：百利達(dá)bp-600測試值實(shí)際值誤差值誤差率1757500.0%27877+11.2%38179+22.5%49294-22.1%56869-11.4% 預(yù)置上下警告門限為130次/min-40次/min，通過模擬信號發(fā)生器發(fā)出 2.17hz-0.67hz的頻率，結(jié)果警報(bào)器報(bào)警。五.總結(jié)1.通過上表的數(shù)據(jù)，本測試儀的誤差在一分鐘內(nèi)不大于3，滿足基本要求2；2. 通過預(yù)置不同的上下告警門限，警報(bào)均會觸發(fā)，滿足發(fā)揮部分1的要求。六.參考文獻(xiàn)【1】秦龍msp430單片機(jī)c語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)【2】趙偉軍protel99se教程北京：人民郵電出版社，20